Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА И ШИХТА ДЛЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области производства теплоизоляционных строительных материалов.

Известен состав шихты и способ получения пеностекла, предусматривающие варку стекла и его измельчение в шаровой мельнице, смешение с газообразователем и термообработку в печи вспенивания [а.с. №393227, С03С 11/00, БИ №33, 1973 г.]. Недостатком состава и способа является необходимость варки стекла при температуре 1450°С, тонкого помола шихты и ее вспенивания при температуре выше 800°С.

Известен способ и состав шихты для получения пеностекла, содержащий (мас.%) нефелиновый сиенит 5-15, стеклобой тарного стекла 45-55, гидроксид натрия 7-9, перлит (вулканическое стекло) - остальное [Пат. РФ №2164698, С03С 11/00, опубл. 10.02.2001 г.]. Этот состав позволяет исключить из способа энергоемкую стадию стекловарения и получить пеностекло из шихты при ее нагреве до 750-800°С. Основным недостатком этого состава и способа является необходимость проведения дополнительной энергозатратной механохимической активации шихты, что позволяет получать пеностекло с плотностью 240-841 кг/м³. Если не проводится механоактивация шихты, то из нее можно получать пеностекло с плотностью 411-1023 кг/м³.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является состав и способ получения пеностекла [а.с. №1073199, С03С 11/00, БИ №6, 1984], включающий совместный помол перлита (вулканического стекла), осадочной кремнеземистой породы (диатомит, трепел, опока) и газобразователя до удельной поверхности 300-500 м²/кг при следующем содержании компонентов в шихте, мас.%:

осадочная кремнеземистая порода - 15-70

гидроксид натрия - 6-15

газобразователь - 0,02-1,5

перлитовая порода - остальное.

Основным недостатком этого способа является необходимость тонкого помола трудноразмалываемой перлитовой породы в среде мягкой кремнеземистой породы, что существенно снижает интенсивность помола перлитовой породы и увеличивает расход энергии при помоле и его длительность. Основным недостатком состава шихты является достаточно высокая температура ее вспенивания (800-850°С) и высокая плотность получаемого пеностекла (до 400 кг/м³).

Задачей предлагаемого изобретения является получение теплоизоляционного материала с плотностью 200-300 кг/м³ с заданными геометрическими размерами и формой, жесткой ячеистой структурой при температуре вспенивания шихты до 700°С. Поставленная задача достигается тем, что при получении теплоизоляционных материалов используется шихта, содержащая перлит, аморфную кремнеземистую породу и гидроксид натрия, отличающаяся тем, что предлагаемая шихта содержит вспученный перлит с плотностью 75-100 кг/м³ по ГОСТ 10832-91, аморфную кремнеземистую породу и воду при следующем содержании компонентов, мас.%:

Кроме того, поставленная задача достигается за счет использования принципиально нового способа приготовления исходной шихты из аморфной кремнеземистой породы и вспученного перлита. Реализуется предлагаемый способ получения теплоизоляционного материала при выполнении операций приготовления шихты в следующей последовательности: отдозированные количества аморфной кремниземистой породы, гидроксида натрия и горячей воды с температурой 80-90°С подают в реактор с мешалкой, в котором при перемешивании в течение 10-15 мин образуются гидросиликаты натрия в виде вязкой жидкости. Далее эта вязкая жидкость поступает в интенсивный смеситель, где ее тщательно перемешивают с отдозированным количеством вспученного перлита в течение 10 минут. В результате перемешивания получается шихта для получения теплоизоляционного материала, представляющая собой рыхлую смесь с влажностью 40%. Приготовленную шихту в расчетном количестве загружают в разборную металлическую форму без уплотнения, поверхностный слой шихты выравнивают, форму закрывают крышкой с жесткими фиксаторами и подают в печь вспенивания для термообработки при температуре до 700°С в течение 0,5-1 ч. Время вспенивания зависит от габаритных размеров и объема изделий. Отжиг готовых изделий проводят при температуре от 700°С до 360°С в течение 1 ч с последующим охлаждением на воздухе.

Основным преимуществом предлагаемого состава шихты является использование аморфной кремнеземистой породы с размером частиц 0,1-2 мм и вспученного перлита с размерами 0,16-1,25 мм, который обладает большой влагоемкостью, что позволяет получать из вязкой жидкости влажную сыпучую смесь. По сравнению с прототипом использование предлагаемого состава и способа приготовления шихты позволят синтезировать в присутствии горячей воды и гидроксида натрия высокоактивные по отношению к вспученному перлиту гидросиликаты натрия в течение 10-15 мин при температуре до 100°С. Дополнительное диспергирование аморфной кремнеземистой породы происходит при ее химическом взаимодействии с гидроксидом натрия и последующим смешением продукта взаимодействия со вспученным перлитом. В составе шихты прототипа гидросиликаты натрия не образуются, т.к. шихта готовится при помоле сухих компонентов и взаимодействие между оксидами кремнезема и натрия начинается только при температуре более 700°С. Кроме того, наличие в составе гидросиликатов натрия химически связанной воды обеспечивает поризацию шихты при интенсивном удалении этой воды в интервале температур 500-650°С, что позволяет отказаться от дополнительного ввода углеродистого газообразователя в состав шихты.

Основным преимуществом предлагаемого способа получения теплоизоляционного материала является использование шихты с влажностью до 40% и ее вспенивание в замкнутом объеме металлической формы.

При резком нагреве формы с влажной шихтой до температуры более 500°С образуется большой объем водяных паров, которые создают в объеме шихты гидротермальные условия, способствующие образованию дополнительного количества гидросиликатов и гидроалюминатов натрия, при разложении которых происходит вспенивание шихты в процессе нагрева форм до конечной температуры 700°С.

Проведение процесса по предлагаемому способу в замкнутом объеме формы позволяет получать изделия с заданными геометрическими размерами и формой, с тонкой (0,1-0,3 мм) плотной остеклованной корочкой на поверхности изделий. Это позволяет исключить из процесса получения теплоизоляционных изделий операцию их опиловки.

Пример конкретного исполнения.

Для получения 1 м³ теплоизоляционного материала с плотностью 220 кг/м³ необходимо взять 116,67 кг аморфной кремнеземистой породы (опока, диатомит, трепел), 50 кг гидроксида натрия и 166,67 кг горячей воды с температурой более 90°С. Указанные компоненты перемешивают в течение 10 мин, в результате чего образуется гидросиликат натрия, который затем тщательно перемешивают с 83,34 кг вспученного перлита. Полученную шихту с влажностью 40% загружают в разборную металлическую форму, внутреннюю поверхность которой для исключения прилипания к форме предварительно смазывают глиноизвестковой или глиногипсовой суспензией. Расчетное количество шихты, загружаемое в форму, определяют по формуле:

m=1,894·p·V, кг,

где 1,894 - коэффициент, учитывающий потерю влаги при термообработке шихты;

p - заданная плотность теплоизоляционного материала, кг/м³;

V - объем формы, м³.

Загруженную шихту в форме разравнивают в поверхностном слое, форму закрывают крышкой с фиксаторами и помещают в муфельную печь, предварительно нагретую до температуры 500°С. Дальнейший нагрев формы до конечной температуры 700°С проводят в течение 30 мин, после чего печь отключают и охлаждают формы с изделием до температуры 360°С в течение часа. После этого форму извлекают из печи и охлаждают на воздухе в течение 30 мин до температуры 50-60°С, разбирают и из нее извлекают изделие, у которого определяют все необходимые параметры.

Необходимо отметить, что все изделия имели четкую геометрическую форму и размеры, а их поверхность была покрыта сплошной остеклованной корочкой толщиной 0,1-0,3 мм. Размер полученных изделий 10×10×5 см³, объем - 500 см³.

По такому способу были изготовлены изделия с плотностью в пределах 200-300 кг/м³ с шагом в 20 кг/м³. Расчетные количества компонентов шихты для получения изделий с заданной плотностью и их свойства представлены в таблице, из которой следует, что использование предлагаемых состава шихты и способа позволяет получать теплоизоляционные материалы со свойствами, превосходящими свойства материалов, получаемых из известных составов по известным способам.

Предлагаемое техническое решение по сравнению с известными способами и составами, используемыми в технологии теплоизоляционных материалов, обладает существенным преимуществом, среди которых необходимо выделить следующие:

- упрощается технология получения теплоизоляционного материала;

- из технологического процесса исключается энергозатратная стадия высокотемпературной варки стекла;

- исключается операция тонкого помола компонентов шихты;

- активация шихты осуществляется не механическим, а химическим способом;

- более эффективно используется вспученный перлит по сравнению, например, с производством цементно-перлитовых изделий;

- существенно сокращается температура и время вспенивания шихты и время отжига изделий;

- блоки не требуют опиловки и получаются с заданными геометрической формой и размерами.

Получаемые по предлагаемому техническому решению теплоизоляционные изделия можно использовать для теплоизоляции различных строительных объектов, энергетических установок и трубопроводного транспорта.